Введение к работе
Процессы взрывного выделения энергии имеют важное значение в современной
науке и используются в разнообразных технических приложениях. Физическая
природа и характер этих процессов могут быть совершение различными. Авто
ра диссертации, в первую очередь, интересовали электрофизические высоко-
энергетичные, то есть со вкладом, превышающим теплоту испарения среды, и
быстрые в газодинамическом смысле процессы, когда давление в исследуемой
области не успевает выравниваться за время импульса. Общая черта рассматри-'
ваемых явлений в различных средах - взрывной характер выделения энергии,
образование ударных волн, разлет нагретой области со сверхзвуковыми скоро
стями, изменение фазовых состояний вещества от конденсированной среды до
плазмы. -
Из множества возможных взрывных электрофизических процессов для исследования в диссертации отобраны: воздействие излучения или потоков заряженных частиц на вещество, электрический разряд в жидкой или газообразной среде, электрический взрыв проводников в сверхсильном магнитном поле.
В последнее десятилетие подобные задачи стали особенно актуальными в связи с попытками осуществления управляемого импульсного термоядерного синтеза и созданием мощных электрофизических машин, как непосредственно для этой цели, так и для ряда смежных областей с самостоятельной научной и практической ценностью. К ним, прежде всего, относятся генерация сверхсильных (мегагауссных)-импульсных магнитных полей, разработка сильноточных генераторов пучков заряженных частиц (электронов, ионов) или лазеров, создание мощных плазменных источников рентгеновского излучения. Кроме перечисленных фундаментальных научных проблем, рассматриваемый класс задач вызывает в последнее время повышенный практический интерес в связи с упрочением или разрушением металлических поверхностей пучками электронов, ионов или лазерным излучением, с нетрадиционными способами обработки материалов при помощи ударных волн, генерируемых на развитой стадии электрического разряда в жидкости.
Исходя из актуальности и практической ценности решения задач мощной импульсной электрофизики, автор диссертации поставил перед собой следующую пень:
разграничить типы электрофизических задач по исходным параметрам н представить результаты в удобном для распознавания энергонапряженных импульсных процессов виде;
разработать и реализовать в виде программ для ЭВМ ряд математических моделей мощных импульсных электрофизических процессов (воздействие пучков заряженных частиц на мишень, развитая стадия электрического разряда в воде, электрический взрыв скин-слоя проводника или тонкой прово-
лочки в сверхсильиом магнитном поле). Как будет показано в дальнейшем, основным для этого является знание свойств вещества в широком диапазоне изменения плотности и температуры. Поэтому необходимо разработать эффективную методику и составить уравнения состояния для ряда металлов, воды, воздуха; - провести численные Эксперименты по разработанным моделям, обобщить ' расчетные данные и получить практически значимые результаты.
На пути к достижению поставленной цели пришлось преодолеть ряд принципиальных трудностей, что и составило существенный элемент научной новизны представляемой работы. Так, используя одномерную газодинамическую (в последних главах - магнитогазодинамическую) модель, удалось дать качественное и приближенное количественное описание трех достаточно разнородных по своей природе электрофизических явлений. Это стало возможным благодаря предложенному автором в первой части диссертации подходу к построению широкодиапазонных интерполяционных уравнений состояния металлов, который впоследствии удалось распространить на воду и азот. В отличие,. например, от известных соотношений [1], предлагаемые уравнения требуют для построения минимального количества исходных данных и легко приспосабливаются к конкретному ограниченному диапазону термодинамических параметров, необходимому для решения той или иной физической задачи. Численные эксперименты, проведенные на основе разработанных моделей, позволили получить ранее недоступную, важную для практики информацию и обнаружить некоторые прежде неизвестные физические эффекты.
Практическая ценность полученных в диссертации результатов состоит
в их тесной связи с конкретными потребностями прикладной науки; проектиро
вания, планирования эксперимента. Так, предложенная во второй главе методи
ка построения уравнений состояния легко адаптируется к другим диапазонам
параметров или, веществам, в изучении которых возникает сиюминутная по
требность. Результаты третьей главы использовались при интерпретации кон
кретного эксперимента по важной народнохозяйственной тематике. Предло
женная в четвертой главе методика позволяет оценивать динамические нагруз- .
ки на корпус и элементы высоковольтных электрофизических аппаратов при их
конструировании и проектировании. Работа, выполненная в рамках пятой главы
проводилась в тесном контакте с экспериментаторами; ее результаты позволя
ют, с одной стороны, интерпретировать данные измерений, а с другой - плани
ровать новые эксперименты для подтверждения обнаруженных при математи
ческом моделировании эффектов. , . '
Практическая значимость выполненной работч подтверждается ее постоянной поддержкой, сначала - со стороны НИИЭФА им. Д.В.Ефремова в рамках хоздоговорных тем 508404, 508504, 508605, 508705, затем - Российского фонда
фундаментальных исследований ( гранты № 93-02-17419 и действующий по
сию пору № 96-02-19185а ) и Международного фонда научных исследований
(грант №JGO 100). .
Объем диссертации. Диссертация содержит 280 страниц текста, 50 рисунков, 5 таблиц и 215 ссылок на литературные источники.
Результаты диссертации прошли разнообразную научную апробацию. Работа полностью или частично докладывалась на кафедре экспериментальной физики СПбГТУ, где работает соискатель. Всесоюзных конференциях по инженерным проблемам импульсных термоядерных реакторов в Ленинграде (в 1982 и 1984 годах) , на 7-й всесоюзной конференции по тепломассообмену в Минске в 1984 голу, на 4-й всесоюзной конференции по физике газового разряда в Махачкале в 1984 году, на Всероссийской конференции по физике низкотемпературной плазмы в Петрозаводске в 1995 году, на научно-технической конференции "Молодая наука - новому тысячелетию" з Набережных Челнах в 1996 году , на III Минском международном форуме по тепломассообмену в 1996 году, на международных конференциях по генерации мегагауссных полей и мощным импульсным системам в 1984,1989 , 1990 и 1996 ;оду, на 22-й международной конференции по плазме в США в 1995 году. Дважды, в 1995 и 1996 годах результаты работы в части ЭВИ в сверхсильном магнитном поле докладывались па координационной сессии РАН по физике низкотемпературной плазмы под председательством В.Е.Фортова.
Похожие диссертации на Исследование импульсных электрофизических процессов с применением интерполяционных уравнений состояния вещества
